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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CÂMPUS DE BOTUCATU
AVALIAÇÃO ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DO BIOGÁS E
BIOFERTILIZANTE PRODUZIDO POR BIODIGESTÃO ANAERÓBIA:
ESTUDO DE CASO EM UNIDADE BIOINTEGRADA
RICARDO GHANTOUS CERVI
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp – Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia (Energia na Agricultura).
BOTUCATU-SP Agosto – 2009
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CÂMPUS DE BOTUCATU
AVALIAÇÃO ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DO BIOGÁS E
BIOFERTILIZANTE PRODUZIDO POR BIODIGESTÃO ANAERÓBIA:
ESTUDO DE CASO EM UNIDADE BIOINTEGRADA
RICARDO GHANTOUS CERVI
Orientadora: Profa. Dra. Maura Seiko Tsutsui Esperancini
Co-orientador: Prof. Dr. Osmar de Carvalho Bueno
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp – Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia (Energia na Agricultura).
BOTUCATU-SP Agosto – 2009
III
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, por ter me dado à vida e saúde para realização deste
trabalho;
Aos meus pais Mário e Rahile, irmãos Carla e Rodrigo e a minha
namorada Adriana, pelo apoio, carinho, e principalmente pelo incondicional amor que sempre
me deram;
Aos meus amigos e familiares pela amizade e felicidade que sempre
me proporcionaram;
A minha “eterna” professora de inglês e amiga, Magda Saiuri Kimoto,
pela amizade e ensinamentos em todos os momentos da minha vida;
Aos meus amigos da Pós-Graduação Adriano “Mineiro”, Alessandro,
Ana Paula, Bruna, Cristiane, Danilo, Edilene, Edson, Estelita, Fernando, Gerson, Leonel,
Maria, Marísia, Rafael, Rodrigo, Roni, Samir, e Neiva, pelo companheirismo e apoio nas
disciplinas;
À minha orientadora Profa. Dra. Maura Seiko Tsutsui Esperancini,
pela amizade, ensinamentos e principalmente por acreditar em mim, meu sincero
agradecimento será por toda minha vida;
Ao Prof. Dr. Osmar de Carvalho Bueno, pela amizade, ensinamentos e
orientação;
Ao Sr. Paulo Pellicce, proprietário da Granja OvoBom, por ceder o
espaço para a realização deste trabalho;
A todos os funcionários da Granja OvoBom;
Ao Sr. Rinaldo Camargo, pela amizade, atenção e disposição no
auxílio técnico para a coleta dos dados deste trabalho;
Ao Engenheiro Eletricista Mário Alberto Cervi, meu pai, pela atenção,
ensinamentos e dedicação. Pai,você sempre será meu ídolo e modelo de ser humano;
Aos docentes, Prof. Dr. Jorge de Lucas Júnior, Prof. Dr. Marco A. M.
Biaggioni, Profa. Dra. Izabel Cristina Takitane e Prof. Dr. José Matheus Yalenti Perosa pelos
ensinamentos e conselhos;
A todos os docentes das disciplinas cursadas pelo programa;
IV
Aos funcionários do Departamento de Gestão e Tecnologia
Agroindustrial e às funcionárias da Seção de Pós-Graduação;
À Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Campus de
Botucatu, e a coordenação do Curso de Pós-graduação em Agronomia, Área de Concentração
em Energia na Agricultura;
A todos os funcionários da biblioteca Prof. Paulo de Carvalho Mattos.
V
SUMÁRIO
Página
LISTA DE TABELAS ........................................................................................................ VII
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................ VIII
1 RESUMO ........................................................................................................................ 1
2 SUMMARY ..................................................................................................................... 3
3 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 5
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 8
4.1 Matriz energética mundial e brasileira ......................................................................... 8
4.2 Uso da biomassa como fonte renovável de energia..................................................... 11
4.3 Suinocultura e uso de biodigestores ........................................................................... 15
4.3.1 Biofertilizante ....................................................................................................... 17
4.3.2 Biogás ................................................................................................................... 19
4.3.3 Viabilidade econômica para implantação de biodigestores .................................... 20
4.4 Métodos de avaliação de investimentos ..................................................................... 22
4.4.1 Valor presente líquido (VPL) ................................................................................ 22
4.4.2 Taxa Interna de Retorno (TIR) .............................................................................. 23
4.4.3 Relação Benefício-Custo (RBC) ............................................................................ 23
4.4.4 Período de recuperação do investimento (Payback) ............................................... 24
4.4.5 Análise de sensibilidade ........................................................................................ 25
5 METODOLOGIA .......................................................................................................... 26
5.1 Fonte de dados ........................................................................................................... 26
5.1.1 Caracterização da atividade biointegrada ............................................................... 28
5.2 Método ...................................................................................................................... 30
5.2.1 1ª Etapa – Análise de benefícios ............................................................................ 31
5.2.2 2ª Etapa – Análise de custos .................................................................................. 34
5.2.3 3ª Etapa – Análise econômica ............................................................................... 38
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 39
6.1 Geração de energia elétrica ........................................................................................ 40
6.2 Produção de biofertilizante ........................................................................................ 41
VI
6.3 Investimento inicial ................................................................................................... 42
6.4 Custo anual do sistema .............................................................................................. 45
6.5 Análise econômica..................................................................................................... 47
7 CONCLUSÃO ............................................................................................................... 50
8 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 51
VII
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela 1. Participação das fontes de energia na oferta interna (%), Brasil 2006-2007. ............. 8
Tabela 2. PIB e consumo de eletricidade e de energia primária no Brasil e no Mundo. .......... 10
Tabela 3. Produção de estrume de suínos, segundo categoria animal. .................................... 17
Tabela 4. Composição química média (%) de resíduos líquidos não decompostos e submetidos
à fermentação anaeróbia (biofertilizante) produzido por diferentes animais. .......................... 19
Tabela 5. Tronco de pirâmide inferior. .................................................................................. 27
Tabela 6. Preço do kWh cobrado pela concessionária de energia elétrica. .............................. 40
Tabela 7.Benefício gerado com a aplicação de biofertilizante. ............................................... 42
Tabela 8. Custos com a construção do biodigestor. ................................................................ 43
Tabela 9. Custos com a construção do abrigo do grupo gerador. ............................................ 44
Tabela 10. Custos com as instalações elétricas. ..................................................................... 44
Tabela 11. Custos com a aquisição do conjunto motor-gerador. ............................................. 45
Tabela 12. Custos com mão-de-obra para a implantação. ...................................................... 45
Tabela 13. Custos de depreciação dos bens depreciáveis. ...................................................... 45
Tabela 14. Juros sobre o capital investido (r = 5,64%a.a.). .................................................... 45
Tabela 15. Manutenção preventiva do grupo gerador............................................................. 46
Tabela 16. Indicadores de viabilidade econômica. ................................................................. 48
Tabela 17. Simulação do consumo médio de energia elétrica................................................. 48
VIII
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1. Estrutura dos diferentes processos para produção de energia a partir de biomassa... 12
Figura 2. Exemplo de simulação na análise de sensibilidade. ................................................. 25
Figura 3. Biodigestor modelo tubular. ................................................................................... 27
Figura 4. Seção transversal do biodigestor. ............................................................................ 27
Figura 5. Confinamento de suínos em fase de crescimento e terminação. .............................. 28
Figura 6. Afluente da granja de suínos e biodigestor. ............................................................. 28
Figura 7. Efluente do biodigestor, reservatório e moto-bomba. .............................................. 29
Figura 8. Fluxograma do sistema biointegrado. ..................................................................... 29
Figura 9. Grupo gerador a biogás (50 KVA). ......................................................................... 30
Figura 10. Estrutura metodológica do trabalho. ..................................................................... 31
Figura 11. Instalação do aparelho AR5-L®. ........................................................................... 32
Figura 12. Medições do consumo de energia elétrica. ............................................................ 41
1
1 RESUMO
As mudanças estruturais do setor agropecuário brasileiro contribuíram
para a sua modernização provocando uma intensificação do uso de energia na agricultura. A
tendência crescente dos preços de energia demanda estudos sobre a viabilidade técnico-
econômica de fontes alternativas de energia, além das questões de ordem ambiental. Uma das
alternativas que vem despertando grande interesse é a tecnologia de biodigestão anaeróbia de
resíduos animais, particularmente de resíduos da produção de suínos, com a implantação de
biodigestores, em sistema biointegrado. Esta apresenta vantagens, como a produção de biogás
e biofertilizante, produtos de elevado valor agregado, redução da poluição dos recursos
hídricos e facilidade de implantação e operação. Este trabalho teve como objetivo desenvolver
um estudo para estimar a viabilidade econômica de um sistema biointegrado, para produção de
eletricidade e biofertilizante, a partir do aproveitamento de dejetos suínos. Os dados para este
estudo foram coletados em uma agroindústria, cuja principal atividade é a criação de aves
poedeiras, mas também conduz atividades de suinocultura, configurando, portanto, um estudo
de caso. O biodigestor analisado é um modelo tubular contínuo, com calha de água em
alvenaria e com uma manta plástica como gasômetro, onde são depositados diariamente os
dejetos de 2.300 suínos em fase de terminação. O sistema possui um gerador de eletricidade
acoplado a um motor adaptado para uso com biogás. Foram analisados os custos de
implantação, e os custos anuais de manutenção, depreciação e juros. Os benefícios anuais
foram dados pelo valor econômico da eletricidade consumida e dos nutrientes presentes no
biofertilizante usado para irrigação de pastagens. Também foram estimados indicadores de
2
viabilidade econômica, como Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR),
Relação Benefício Custo (RBC) e PayBack (PB), utilizando uma taxa de desconto de 6% a.a.
O investimento inicial para implantação foi estimado em R$ 51.537,17 e os custos anuais do
sistema foram de R$ 5.708,20 com manutenção, R$ 4.390,40 com depreciação e R$ 1.366,77
com juros. O benefício com a geração de energia elétrica, considerando um consumo médio de
17,1 kW foi de R$ 8.916,45.ano-1 e o benefício com o aproveitamento do biofertilizante foi de
R$ 14.882,24.ano-1, mostrando que os benefícios anuais são maiores que os custos anuais. Por
outro lado, são gerados excedentes de energia elétrica e biofertilizante que não são
aproveitados no sistema biointegrado, e nem são vendidos. Conclui-se que o sistema
biointegrado apresenta resultados econômicos favoráveis, mas o correto dimensionamento
técnico tem grande influência nos resultados econômicos.
________________________ Palavras-chave: Biodigestores, biogás, energia elétrica, avaliação econômica.
3
ECONOMIC EVALUATION USING BIOGAS AND BIOFERTILIZER PRODUCED BY
ANAEROBIC BIODIGESTION: A CASE STUDY IN A BIOINTEGRATED UNIT.
Botucatu, 2009. 57p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Energia na Agricultura) –
Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: RICARDO GHANTOUS CERVI
Adviser: MAURA SEIKO TSUTSUI ESPERANCINI
2 SUMMARY
Structural changes in the Brazilian agriculture have contributed to its
modernization, causing the intensification of energy use in it. Besides the environment, the
energy cost increase tendency has demanded studies on the technical economic viability of
alternate energy sources. One interesting alternative is the technology of animal waste
anaerobic biodigestion, mainly the one using swine waste, through the installation of
biodigesters in a biointegrated system. The advantages are: biogas and biofertilizer production,
highly aggregated value products, decrease of water resource pollution, easy installation and
operation. This work aimed to develop a study to estimate the economic viability of a
biointegrated system installation and operation to produce electricity and biofertilizer from
swine wastes. Data for the study were collected in an agroindustry whose main activity is the
production of broiler feeder hens, but that also has swine production activities, which
characterizes a case study. The analyzed biodigester is a continuous tubular model with brick
concrete duct and plastic covering with a gasometer, and where the waste of 2,300 fattening
pigs are deposited daily. The system has an electricity generator attached to an adapted motor
for biogas use. Installation costs, yearly maintenance costs, depreciation and interests were
analyzed. Yearly benefits were given by the economic value of electricity consumption and
nutrients present in the biofertilizer used for pasture irrigation. The following economic
viability indicators were also estimated considering a 6% per year discount tax: Net Present
Value (NPL), Intern Return Rate (IRR), Cost Benefit Relationship (CBR) and Payback (PB).
The initial investment estimate for the installation was R$ 51,537.17. The system annual costs
4
were R$ 5.708,20, for maintenance, R$ 4,390.40 for depreciation and R$ 1,366.77 for
interests. The benefit with electrical power consumption, considering an average consumption
of 17.1 kW, was R$ 8,916.45.year-1 and the benefit with biofertilizer use was R$
14,882.24.year-1, showing that annual benefits are greater than annual costs. On the other
hand, exceeding production of electrical power and biofertilizer are neither used in the
biointegrated system nor sold. It was concluded that the biointegrated system achieved
favorable economic results, but the correct technical dimensioning greatly influences on the
economic results.
_________________________ Keywords: Biodigester, biogas, electrical power, economic viability.
5
3 INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, as mudanças estruturais do setor agropecuário
brasileiro contribuíram para a sua modernização. Como conseqüência deste processo de
modernização houve intensificação do uso de energia na agricultura, particularmente de
energias não renováveis. A necessidade de não apenas buscar melhor eficiência na utilização
dos recursos naturais, reduzindo drasticamente a poluição, como também a necessidade de
estabilizar os níveis de consumo dos recursos naturais são os desafios para solucionar o
problema energético mundial.
A utilização da biomassa como fonte renovável e sustentável de
energia, com o aproveitamento dos resíduos rurais, efluentes industriais e urbanos, permite
diversificar a matriz energética nacional. Ao contrário da energia dos combustíveis fósseis, a
biomassa é renovável e não contribui para o acúmulo de dióxido de carbono na atmosfera
terrestre. (PECORA, 2006).
A questão da sustentabilidade com a utilização da biomassa para
produção de energia é de especial importância nos países em desenvolvimento. A biomassa
tradicional é a fonte de energia mais utilizada para cocção e aquecimento de ambientes nesses
países, contudo da maneira como é utilizada causa impactos negativos à saúde humana e ao
meio ambiente. Em contrapartida em países desenvolvidos há uma maior utilização de fontes
mais eficientes para cocção e aquecimento como a energia elétrica e o gás natural.
6
Existem oportunidades para o desenvolvimento e utilização de
biomassa moderna nos países em desenvolvimento, com benefícios em termos de qualidade
dos serviços de energia, impactos na saúde humana e no meio ambiente.
Neste contexto, insere-se a suinocultura brasileira, não só pelo grande
contingente de produtores envolvidos, como também, pela capacidade de produzir grande
quantidade de resíduos de alto potencial poluidor.
O crescente aumento na atividade suinícola no País e o incremento
tecnológico nos sistemas de produção, resulta num aumento na geração de dejetos,
ocasionando problemas de ordem sanitária com perigo a saúde devido o alto teor de
substâncias patogênicas presentes nesses resíduos.
Quando bem conduzido, o manejo permite o aproveitamento integral
dos dejetos, dentro das condições estabelecidas em cada propriedade. No meio rural, os
sistemas biointegrados1, especificamente com aproveitamento de biomassa para fins
energéticos, podem ser um meio facilitador para atingir a sustentabilidade da produção em
função da disponibilidade de biomassa nas propriedades agrícolas, por apresentar baixo custo
de oportunidade dos resíduos da produção, grande potencial de geração de energia, diminuição
do potencial poluidor dos resíduos, redução da pressão sobre os recursos naturais e economia
de recursos energéticos.
Desse modo, o tratamento desses efluentes pode dar-se pela
biodigestão anaeróbia que permite obter biofertilizante, contribuir para o saneamento e
valorizar um produto energético, o biogás, cuja disponibilidade auxilia na amortização dos
custos da tecnologia instalada.
Para a criação de sistemas de biodigestores mais competitivos se faz
necessário analisar a execução do projeto e do manejo da tecnologia adotada, que pode
permitir a construção de instalações mais econômicas e recuperação dos investimentos de
forma mais rápida. Dessa maneira são avaliados os benefícios energéticos do biogás e da
reciclagem do efluente como fertilizante (MIRANDA, 1991).
1 A expressão “sistema biointegrado” costuma ser aplicada ao desenvolvimento sistemático e de forma integrada de uma ou mais atividades rurais seja na criação de suínos, bovinos, caprinos, ovinos ou muares, entre outras, em uma mesma propriedade rural, de tal forma que uma atividade termine por complementar a outra, com aproveitamento das potencialidades de cada uma (ANGONESE et al, 2006).
7
A possibilidade de criação de fontes de suprimento descentralizadas e
em pequena escala é fundamental para o desenvolvimento sustentável. Centrais que utilizam
fontes renováveis e não demandam alta tecnologia para instalação ou mão-de-obra
especializada para sua execução são soluções, principalmente para produtores rurais, que
podem diminuir a dependência de energia das concessionárias de energia elétrica.
(OLIVEIRA, 1993).
Assim, por meio da identificação dos custos e benefícios de um
sistema de biodigestão implantado, este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade
econômica da utilização do biogás e biofertilizante gerados numa unidade de produção
biointegrada.
8
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 Matriz energética mundial e brasileira
O Brasil é um país que apresenta uma configuração privilegiada da
matriz energética em termos de sustentabilidade, uma vez que cerca de 45% do consumo
energético é atendido por fontes renováveis (Tabela 1).
Tabela 1. Participação das fontes de energia na oferta interna (%), Brasil 2006-2007.
Fonte: (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2008a).
Por outro lado é interessante verificar que existe alta concentração do
consumo de energia renovável provindas de duas categorias: biomassa (bagaço de cana e
lenha) e hidroeletricidade. Neste sentido, uma clara diversificação de fontes energéticas
renováveis no Brasil ainda não é uma realidade.
Energético 2006 2007 Energético 2006 2007
Fonte Renovável 44,9 46,4 Fonte Não renovável 55,1 53,6
Energia Hidráulica e
Eletricidade
14,8 14,7 Petróleo de Derivados 37,8 36,7
Lenha e Carvão Vegetal 12,7 12,5 Gás Natural 9,6 9,3
Produtos da Cana-de-
Açúcar
14,5 16,0 Carvão Mineral e Derivados 6,0 6,2
Outras renováveis 2,9 3,1 Urânio (U6O8) e derivados 1,6 1,4
9
As principais fontes de energia para o consumo no segmento
agropecuário foram: óleo diesel (56%), lenha (26%), e outros (18%). Destaca-se, também,
elevação dos preços, no triênio 2004-2006, pagos pela energia, pois os preços do óleo diesel
apresentaram aumento de 69,5%, e da energia elétrica de 59,5%, respectivamente.
(MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2008b).
É evidente a dependência do setor agropecuário, principalmente no
que diz respeito ao óleo diesel, lenha e eletricidade. Desse modo, qualquer variação nos preços
destes itens tem reflexos imediatos nos custos de produção e na formação do preço final dos
produtos do setor.
O consumo de energia e os padrões atuais de produção são baseados
nas fontes fósseis, o que gera emissões de poluentes, gases de efeito estufa e coloca em risco o
suprimento energético de longo prazo no planeta. Esses padrões podem mudar com o estímulo
ao uso de energias renováveis. Nesse sentido, o Brasil apresenta uma condição favorável em
relação ao resto do mundo.
Conforme os dados do Balanço Energético Nacional 2007, ano base
2006, a indústria de energia no Brasil se destaca como importante setor da infra-estrutura
econômica e responde pelo abastecimento de 91,7% do consumo nacional. Os 8,3% restantes
são importados, principalmente nas formas de carvão mineral e derivados de petróleo. A
Oferta Interna de Energia (OIE), em 2006, foi de 226,1 milhões de toneladas equivalentes de
petróleo (tep). Cerca de 45% da OIE teve origem em fontes renováveis, enquanto que no
mundo essa taxa é de 12,7% e nos países membros da OECD (Organization for Economic Co-
operation and Development) é de apenas 6,2%. Dessa participação da energia renovável, no
Brasil, 14,8% correspondem à geração hidráulica e 30,3% a outras fontes renováveis. Os 55%
restantes da OIE originaram de fontes fósseis e outras não renováveis (MINISTÉRIO DE
MINAS E ENERGIA, 2008a).
Dados da mesma fonte apontam que essa característica resulta do
grande desenvolvimento do parque gerador de energia hidrelétrica desde a década de 50 e de
políticas públicas adotadas após as crises do petróleo, ocorridas na década de 70, visando à
redução do consumo de combustíveis oriundos dessa fonte e dos custos correspondentes à sua
importação responsáveis por quase 50% das importações totais do país na época.
10
Nessa linha, implantou-se também o programa de produção de álcool
combustível, o PROÁLCOOL, em 1975, o qual tinha como objetivo substituir parte da
gasolina utilizada na frota nacional de veículos e como aditivo à gasolina, o álcool anidro,
tornando menos poluente a sua combustão.
Para Correia (2007) com a criação do PROÁLCOOL, como
instrumento essencial da política energética estabelecida no Brasil, o papel do álcool que além
de ser uma fonte renovável de energia, deixava de ser apenas uma válvula de escape da
indústria açucareira. Também se tornava um meio para reduzir o impacto do choque do
petróleo sobre a balança comercial e para reduzir a dependência energética do exterior.
Conforme os dados da Tabela 2 pode-se verificar que os anos 70
foram a época de maior crescimento econômico do País, Após esse período houve uma forte
desaceleração no crescimento do Produto Interno Bruto (PIB), da produção de energia
primária e do consumo de eletricidade. Nos últimos trinta anos, aproximadamente, a produção
de energia primária no Brasil tem acompanhado de perto o crescimento do PIB, mas o
consumo de eletricidade tem aumentado mais rapidamente, em razão da eletrificação crescente
do país. Os dados permitem estabelecer comparações entre o Brasil e o mundo.
Tabela 2. PIB e consumo de eletricidade e de energia primária no Brasil e no Mundo.
Fonte: Adaptado de Goldemberg e Lucon, (2007).
O Brasil possui uma forte base hidráulica em sua matriz elétrica, dada
à abundância em recursos hídricos. Contudo, o estímulo a outras fontes de energias renováveis
é ainda muito inferior se comparado à média mundial, apesar dos esforços feitos pelo governo
Indicador Região Período
1971-1980
1980-1990
1990-2000 2000-2003 2004-2005
Crescimento anual do PIB Brasil 8,34% 1,57% 2,65% 1,26% 2,28%
Mundo 3,77% 2,90% 2,80% 4,97% 4,40%
Crescimento anual do consumo de eletricidade
Brasil 11,83% 5,90% 4,30% 1,05% 4,24%
Mundo 5,18% 3,60% 2,62% 2,72% nd
Crescimento anual da produção de energia primária
Brasil 5,39% 1,78% 3,32% 1,45% 1,75%
Mundo 3,05% 1,90% 1,45% 2,02% nd
11
federal por meio do Programa de Incentivo a Fontes Alternativas de Eletricidade (PROINFA),
criado em 2002.
O PROINFA foi instituído pela Lei n.10.438/2002 e teve como
objetivo estimular a geração de eletricidade por fontes: eólica, biomassa (bagaço de cana), gás
de aterro sanitário, e pequenas centrais hidrelétricas (PCH). Entre as outras tecnologias
geradoras de eletricidade utilizadas no país estão a termonuclear, eólica, as termelétricas a gás
natural e a óleo combustível, mas nenhuma delas contribui com uma porcentagem maior do
que 7% do total (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2006).
4.2 Uso da biomassa como fonte renovável de energia
A biomassa é considerada, em geral, uma fonte renovável de energia.
A produção e utilização da biomassa para fins energéticos têm recebido, nesses últimos anos,
uma atenção especial na medida em que ela se relaciona diretamente com a fixação do dióxido
de carbono atmosférico agindo como redutora das emissões desse gás, um dos grandes
responsáveis pelo efeito estufa.
Estudos recentes consideram as chamadas “biomassas tradicionais”
como aquelas não sustentáveis utilizadas, em geral, no suprimento residencial para cocção e
aquecimento de ambientes. Já “biomassas modernas” são compreendidas como
biocombustíveis, tais como: etanol, biodiesel, madeira de reflorestamento, bagaço de cana-de-
açúcar e outras fontes desde que utilizadas de maneira sustentável em processos tecnológicos
avançados e eficientes (GUARDABASSI, 2006).
Segundo Couto et al (2004) para o aproveitamento da biomassa para
fins energéticos devem ser considerados: o seu aproveitamento racional com as estratégias
concernentes à proteção dos recursos naturais, as potencialidades para promover a substituição
das formas de energias não-renováveis, a valorização energética pelos segmentos interessados
e a viabilidade econômica. A partir da biomassa, independentemente da forma e da fonte de
energia utilizada, tem se mostrado, ao longo de décadas, como um dos mais determinantes
fatores de desenvolvimento econômico e social, conforme a Figura 1 podem ser produzidos
combustíveis sólidos, líquidos e gasosos.
12
Figura 1. Estrutura dos diferentes processos para produção de energia a partir de biomassa. Fonte: Adaptado de Staiss e Pereira (2001).
O Brasil é destacado como um modelo mundial pelo seu vigoroso
programa de biocombustíveis no setor de transportes baseado no etanol e pela aplicação das
tecnologias de energia da biomassa. Bons exemplos disso são: a produção do etanol a partir da
cana-de-açúcar, o carvão vegetal oriundo de plantações de eucaliptos, a cogeração de energia
com o bagaço de cana-de-açúcar e o uso da biomassa em indústrias de papel e celulose tais
como: cascas e resíduos de árvores, serragem e licor negro. (MENEGUELLO e CASTRO,
2007).
A utilização do bagaço de cana-de-açúcar para geração de energia, por
exemplo, apresenta balanço nulo de emissões, pois as emissões resultantes da queima do
bagaço são absorvidas e fixadas pela planta durante o seu crescimento (GOLDEMBERG,
2004).
Fontes de biomassa Florestas energéticas, culturas energéticas, resíduos agrícolas e florestais etc.
Colheita, coleta
Conversão física - fracionamento - densificação - briquetagem
Conversão físico-química
- prensagem - extração
- tratamento químico
Biocombustíveis sólidos
Conversão biológica - biodigestão
anaeróbia - fermentação
Biocombustíveis líquidos Biocombustíveis gasosos ou líquidos
Conversão termoquímica
Combustão Carbonização – carvão vegetal Gaseificação – gás de síntese
Liquefação – óleo de pirólise e metanol
Energia térmica Energia elétrica
Biodiesel
Energia térmica Energia elétrica
Bioálcool
Energia térmica Energia elétrica
Energia mecânica
13
As barreiras existentes para a maior utilização das energias renováveis
são principalmente de ordem econômica, pois as tecnologias empregadas são novas, ainda em
desenvolvimento, e por isso têm custo de implantação muito alto. No entanto, é preciso
suporte governamental e investimentos em tecnologia, para que possam alcançar ganhos de
escala e se tornem economicamente competitivas (GOLDEMBERG, 2006).
Aumentar a diversificação da matriz energética de um país e reduzir
sua dependência de combustíveis fósseis é uma medida estratégica importante para a garantia
de suprimento de energia evitando a vulnerabilidade às oscilações dos preços do petróleo e às
instabilidades políticas dos países produtores (COELHO, 2005).
A utilização de energias renováveis, muitas vezes, é a única opção
para o atendimento a comunidades em regiões isoladas. Porém, a instalação de um sistema
para a produção de energia deve ser vinculada a uma atividade produtiva, para que a
comunidade possa criar meios de manter o sistema em funcionamento e não fique dependente
de programas assistencialistas (GUARDABASSI, 2006).
No Brasil a adição de etanol à gasolina trouxe imediatamente
reduções da ordem de 50% na emissão de CO (Monóxido de Carbono). Há uma tendência
mundial para a adição de compostos oxigenados à gasolina, visando à redução do impacto
poluidor. É importante salientar que o Brasil conta com uma frota veicular do tipo “flex-fuel”
(bi-combustível) que utiliza etanol em larga escala como combustível (COMPANHIA DE
TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2008).
A redução dos níveis de emissão de monóxido de carbono melhora a
qualidade do ar, que está diretamente relacionada à saúde da população e reduz
consequentemente, os gastos públicos no setor da saúde tal como internações e medicamentos.
Outra vantagem no emprego de energias renováveis é a diminuição das emissões de carbono
através de projetos de créditos de carbono.
Conforme Orsolon (2006), o Brasil é o país que tem o maior número
de projetos registrados na ONU e que grande parte deles é de energia renovável. O autor
acrescenta que para gerar créditos de carbono um projeto deve atender a alguns requisitos
básicos. Um dos principais é que a ação deve ser voluntária, tem de contribuir para o
desenvolvimento sustentável e, ao mesmo tempo, reduzir a emissão de gases de efeito estufa
em relação ao que ocorreria na sua ausência.
14
Atualmente, a maioria dos programas brasileiros de redução das
emissões de carbono envolve projetos de cogeração de energia a partir do bagaço da cana-de-
açúcar, mas, também, há projetos que utilizam biogás de aterros sanitários no país.
O primeiro projeto de utilização de biogás de aterro aprovado pelo
Comitê Executivo para receber os “créditos de carbono” foi o Aterro Nova Gerar, em Nova
Iguaçu, Rio de Janeiro. O projeto utilizará o biogás produzido pelo antigo “lixão” de
Marambaia, que foi substituído por um aterro sanitário totalmente controlado, o Aterro de
Adrianópolis, e deverá gerar 12 MW e evitará a emissão de 14 milhões de toneladas
equivalentes de CO2 em 21 anos (ECOSECURITIES, 2004).
Outra iniciativa em andamento é a geração de energia elétrica pelo
Consórcio Biogás no Aterro Bandeirantes, localizado na cidade de São Paulo, com uma
estimativa preliminar de cerca de 1,4 milhões de toneladas equivalentes de CO2 evitadas por
ano, considerando o primeiro período de crédito (ROVERE et al, 2005).
Para os autores acima, o potencial de geração de créditos de carbono
neste setor, de iniciativas já em andamento e tecnicamente viáveis no curto e médio prazo é
bastante relevante. Também apresenta uma oportunidade promissora para promover a
sustentabilidade social e ambiental do desenvolvimento municipal no país, através do apoio a
uma gestão dos resíduos sólidos urbanos.
A demanda por projetos de aproveitamento de biogás está crescendo
principalmente devido às oportunidades oferecidas por meio do Mecanismo de
Desenvolvimento Limpo do Protocolo de Quioto. Nos aterros sanitários, todos os resíduos
acumulados ficam expostos ao ar livre, e o gás metano produzido pela decomposição
anaeróbia destes resíduos é liberado na atmosfera. Assim, a utilização do biogás para geração
de eletricidade é uma atividade onde se podem obter os Certificados de Emissões Reduzidas,
os chamados “créditos de carbono”. A simples queima do biogás substituindo as emissões de
metano por dióxido de carbono é válida, pois o metano possui um potencial de aquecimento
global 21 vezes maior do que o dióxido de carbono. (RANZI e ANDRADE, 2004).
15
4.3 Suinocultura e uso de biodigestores
Dados recentes apontam que a população de suínos no Brasil chega a
contar com, aproximadamente, 37 milhões de animais alojados (ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA DAS INDÚSTRIAS PRODUTORAS E EXPORTADORAS DE CARNE
SUÍNA, 2007).
A suinocultura é uma atividade de grande potencial poluidor, face ao
elevado número de contaminantes gerados pelos seus efluentes, cuja ação individual ou
combinada, pode representar importante fonte de degradação do ar, dos recursos hídricos e do
solo.
Os grandes centros intensivos de produção de suínos já enfrentam
dificuldades para manter os seus atuais rebanhos, como decorrência do excesso de dejetos, da
saturação das áreas para disposição agronômica, da contaminação dos recursos naturais e dos
altos investimentos para o tratamento dos efluentes (PERDOMO et al, 2001).
Esta situação exige a fixação de parâmetros legais para controle e
fiscalização de emissões cada vez mais rigorosas. Um exemplo é a Resolução do Conselho
Nacional do Meio Ambiente nº 357, que dispõe sobre a classificação dos corpos de água e
diretrizes ambientais para seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de
lançamento de efluentes (CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE, 2005).
Com a perspectiva de crescimento da suinocultura para os próximos
anos e implantação de novos projetos no setor, torna-se necessária a adoção de técnicas de
tratamento e utilização dos resíduos para a manutenção da qualidade ambiental e reutilização
dos resíduos em outros sistemas agrícolas.
Na medida em que os sistemas de produção animal se modernizam,
também se intensificam as necessidades energéticas e de tratamento dos resíduos. A digestão
anaeróbia é um dos mais promissores meios de aproveitamento dos resíduos no campo da
biotecnologia, uma vez que é fundamental para promover, com grande eficiência, a
degradação dos resíduos orgânicos que são gerados em grandes quantidades nas modernas
atividades rurais e industriais (LUCAS JÚNIOR, 1987).
Os primeiros países a utilizarem o processo de biodigestão
intensivamente e com o intuito de produzir energia foram a China e a Índia, nas décadas de 50
16
e 60. Esses países, e outros em desenvolvimento criaram seus próprios modelos de
biodigestores. A China é o país que mais desenvolveu o uso do biogás no âmbito rural visando
prover, principalmente, energia para cozimento e iluminação doméstica (NOGUEIRA e
ZÜRN, 2005).
Conforme Seixas et al (1980), no Brasil, os estudos sobre o processo
de biodigestão anaeróbia no meio rural foram iniciados de maneira mais intensa em 1976,
entretanto, os resultados alcançados já asseguram um bom domínio tecnológico, podendo
qualificar o país apto a desenvolver um vasto programa no âmbito nacional, seja no setor
agrícola ou no setor industrial.
Na suinocultura, onde existem grandes quantidades de animais
confinados capazes de gerar uma enorme quantidade de dejetos, é viável a existência de
biodigestores para a produção de biofertilizante e biogás evitando-se, assim, a poluição do
meio ambiente e contribuindo para geração de uma forma de energia renovável.
Dentre os biodigestores de sistema de abastecimento contínuo mais
difundido no Brasil estão os modelos chinês, indiano e tubular. Os biodigestores tubulares
passaram a ser utilizados no início da década de 80 na região oeste dos estados do Paraná e
Santa Catarina, onde se concentra grande parte do plantel suinícola do país.
Num biodigestor tubular, também chamado de plug-flow, a biomassa
tem entrada contínua em uma das extremidades do biodigestor, passa através do mesmo e é
descarregada na outra extremidade, na mesma seqüência em que entrou. O fluxo se processa,
sem misturas longitudinais. As partículas permanecem no tanque por um período igual ao
tempo de retenção hidráulica. Para garantir isso, os biodigestores são longos, com uma elevada
relação comprimento-largura que auxilia na hidrodinâmica (FEIDEN et al, 2004).
Os autores acima também relataram que ocorre a formação de crosta
em biodigestores tubulares porque nestes, conceitualmente, não há mistura, pelo menos no
sentido longitudinal. Dessa maneira os biodigestores tubulares têm sido utilizados com
sistemas de agitação, como sistemas com eixos longitudinais equipados com pás que fazem à
mistura da biomassa.
17
4.3.1 Biofertilizante
Os dejetos produzidos em uma granja suinícola são compostos por
fezes e urina, água desperdiçada pelos bebedouros, resíduos de ração, pêlos e poeira
decorrentes do processo criatório, podendo variar de acordo com o peso corporal dos suínos. O
biofertilizante resultante da fermentação anaeróbia não tem cheiro, não atraindo moscas, é
isento de agentes patogênicos causadores de doenças e rico em nutrientes. Também aumenta a
disposição de nitrogênio no solo e atende às exigências das culturas; pois são concentrados
durante a fermentação (GASPAR, 2003).
Há constatação de valores de dejetos compreendidos entre 5,7 e 7,6
L.suíno 1− .dia 1− para suínos em uma faixa de peso de 57 a 97 kg, e que este volume de dejetos
produzidos pode compreender entre 10 e 8% da massa corporal do animal (SEVRIN-
REYSSAC et al, 1995).
Devido às influências de vários fatores tais como: instalações, o tipo
de alimentação e de bebedouros, os sistemas de manejo, limpeza e armazenamento, as
características dos dejetos de suínos se tornam muito variáveis. Dados da Tabela 3 apresentam
a produção de esterco de suínos em diferentes fases.
Tabela 3. Produção de estrume de suínos, segundo categoria animal. Categoria animal Peso (kg) estrume kg/dia m³ l/dia
Suínos em crescimento 29,5 1,90 0,002 1,8
Suínos em terminação I 68 4,45 0,004 4,3
Suínos em terminação II 91 5,90 0,006 6,1
Porcas em gestação 125 4,00 0,004 4,5
Fonte: Adaptado de Takitane (2001).
Para Konzen (2006) esse valor varia de 13 a 15 litros por suíno.dia-1,
na fase de crescimento e terminação. O autor menciona que os dejetos de suínos possuem um
ótimo potencial energético na produção de biogás, onde grande parte dos seus sólidos totais é
constituída de sólidos voláteis, componentes essenciais do substrato para a biodigestão
anaeróbia e que o aspecto fundamental é que o grupo de microrganismos encontre ambiente
favorável ao seu desenvolvimento, em especial as bactérias metanogênicas.
18
O autor também destaca que para o dimensionamento dos sistemas de
biodigestores, é necessário conhecer o volume dos dejetos produzidos pelos diversos sistemas
ou núcleos de produção e que a utilização do biofertilizante proporciona aumentos na
produtividade agrícola e na renda do agricultor pela substituição de fertilizantes
convencionais.
Nos dejetos líquidos de suínos, grande parte do nitrogênio está
presente na forma mineral, isto é, prontamente disponível para as plantas e também, mais
sujeito a ser perdido por volatilização e lixiviação. Dessa maneira, aplicações em excesso de
resíduos orgânicos podem causar um aumento no potencial de desnitrificação, devido à
lixiviação de nitratos para a zona de perfil do solo com baixos teores de oxigênio ou até
mesmo atingir o lençol freático (TAKITANE, 2001).
A autora acima relata que, no caso do fósforo sua combinação com
compostos orgânicos e sua mineralização gradual durante o ciclo da cultura faz com que
permaneça no solo, menos sujeito às reações de adsorção e fixação aos óxidos de ferro e
alumínio. Além disso, podem os ácidos orgânicos dos dejetos competirem com os íons
fosfatados pelos sítios de absorção dos argilominerais, mantendo no solo uma maior
disponibilidade de fósforo para as plantas. Já quase a totalidade do potássio do esterco provém
da urina, como sais solúveis e pode sofrer grandes perdas por lixiviação em solos arenosos ou
por escorrimento superficial em solos impermeáveis e compactados.
Takitane (2001) discute que além dos macronutrientes presentes nos
dejetos de suínos, há também a presença de micronutrientes devido ao suplemento mineral
oferecido aos animais, tal como: Zinco (Zn); Manganês (Mn); Cobre (Cu) e Ferro(Fe) que, em
doses elevadas, também, podem ser tóxicos às plantas. Esse problema poderá ser evitado com
a determinação da concentração dos principais nutrientes presentes nos dejetos e as exigências
das culturas.A composição média do biofertilizante, segundo estudos da autora foi de 1,4 a
1,8% de N; 1,1 a 2,0% de P e 0,8 a 1,2% de K. A autora também relata que a baixa
concentração de nutrientes nos dejetos líquidos aumenta certamente os custos de
armazenamento, transporte e aplicação por unidade de nutriente, limitando sua utilização
econômica como fertilizante somente nas áreas próximas a sua produção.
19
Estudos recentes de Tanganelli (2007) apresentam composição média
do biofertilizante e resíduos orgânicos para diferentes tipos de dejetos. A composição do
biofertilizante de dejetos de suínos foi de 1,8 A 2,5% de N; 1,2 a 2,0% de P e 0,8 a 1,5% de K,
(Tabela 4).
Tabela 4. Composição química média (%) de resíduos líquidos não decompostos e submetidos à fermentação anaeróbia (biofertilizante) produzido por diferentes animais. Resíduos orgânicos Nitrogênio Fósforo Potássio Bovino 0,60 0,15 0,45 Eqüino 0,70 0,25 0,55 Ovino 0,96 0,35 1,00 Suíno 0,60 0,25 0,12 Biofertilizante N total P2O5 K2O Bovino 1,5-1,8 1,1-2,2 0,8-1,2 Suíno 1,8-2,5 1,2-2,0 0,8-1,5 Aves 2,0-2,8 1,2-2,1 0,9-1,6 Fonte: Tanganelli (2007).
O biofertilizante de dejetos de suínos pode ser usado na fertilização
das lavouras sem comprometer a qualidade do solo e do meio ambiente. Para isso, é
fundamental a elaboração de um plano técnico de manejo e adubação considerando a
composição química dos dejetos, a área a ser utilizada, a fertilidade e tipo de solo e as
exigências da cultura a ser implantada.
Com o crescente aumento dos custos de produção das lavouras
comerciais, a viabilização da atividade ocorrerá com o aumento da produtividade e
racionalização do uso dos insumos. Nessa situação, o efluente produzido tem potencial como
fertilizante para substituir senão total, mas parcialmente, os adubos minerais comerciais.
4.3.2 Biogás
A produção de biogás através da biodigestão anaeróbia representa um
avanço importante no sentido da solução do problema da disponibilidade energética no meio
rural, tanto no uso para a cocção e aquecimento, quanto para a geração de energia elétrica.
Segundo Souza (2006), o biogás pode ser utilizado em motores de
combustão interna que são máquinas que transformam a energia calorífica do combustível em
20
energia mecânica diretamente utilizável. São chamados de combustão interna porque a mistura
ar-combustível é queimada internamente em um cilindro.
Nogueira (1986) relata que em motores de combustão interna de ciclo
OTTO, a ignição é feita por centelha e o biogás é admitido em mistura com o ar e carburado
em um dispositivo montado no local do filtro de ar. Já em motores de ciclo DIESEL onde a
ignição é feita por compressão é necessário que, além da admissão da mistura de ar com
biogás, seja feita a injeção de pequena quantidade de óleo Diesel para iniciar a queima.
Há constatações que o poder calorífico inferior do biogás é de 6,5
kWh.m -3 e a eficiência de conversão do biogás em energia elétrica com grupos geradores
(motores ciclo Otto) é de, aproximadamente, 25% (SANTOS, 2000).
4.3.3 Viabilidade econômica para implantação de biodigestores
Os estudos econômicos da implantação de biodigestores ainda são
escassos considerando-se a implantação desta tecnologia em atividades de pequena e média
escala. Essa tecnologia é encontrada em larga escala na região Sul do Brasil, onde está
concentrado o maior plantel de suínos.
Estudos de Girotto e Stülp (1989) analisaram a viabilidade dos
biodigestores como alternativa energética para pequenas propriedades. O estudo concluiu que
o potencial de biogás produzido pelos dois biodigestores (de 12 e 25 m³), foi competitivo,
comparativamente às demais fontes energéticas: na substituição de botijões de GLP, gasolina
ou óleo diesel.
Outro estudo, de Jordan et al (2004) mostra que um biodigestor com
capacidade de produção de 150 m3 diários de biogás apresenta um investimento inicial de R$
20.000,00 e tempo de retorno de aproximadamente 15 meses.
Souza et al (2006), utilizando metodologia e tipo de investimentos
diferentes (biodigestores, motor elétrico e conjunto de irrigação) que totalizaram R$60.000,00,
apresentou período de retorno que varia entre 1,80 a 2,65 anos, dependendo do tempo de uso
diário do gerador.
21
Esperancini et al (2007), analisaram a viabilidade de implantação de
dois biodigestores em assentamentos rurais com uso de dejetos animais, um deles para o
fornecimento de energia para os domicílios e outro para as atividades produtivas. O período de
recuperação do investimento foi de 2,5 anos e 11 meses, para a produção de biogás nos
domicílios e na produção, respectivamente. Os autores concluíram que esses estudos podem
servir como base para o desenvolvimento de políticas públicas direcionadas ao aproveitamento
de biomassa para a produção de energia a baixos custos.
Junges et al (2009), realizaram um estudo sobre a análise econômico-
financeira da implantação de diferentes modelos de biodigestores em duas propriedades (A e
B), no município de Toleno no estado do Paraná. Os autores simularam cenários com a
comercialização de créditos de carbono que foram acrescidos à receita dos sistemas de
biodigestores analisados. Assim, constataram inviabilidade econômico financeira na
propriedade A sem a comercialização dos créditos de carbono, já com a comercialização dos
créditos de carbono apresentou resultados favoráveis. Na granja B houve viabilidade
econômica em todas as simulações realizadas.
Os autores acima apontaram que a grande quantidade de dejetos
viabiliza a implantação de biodigestores porque gera maior produção de biogás, maior
economia de energia elétrica e créditos de carbono. Constataram também que os ganhos
ambientais, por si só, não motivam pequenos suinocultores a implantar sistemas de
biodigestores em suas propriedades, dessa maneira, atualmente, os Mecanismos de
Desenvolvimento Limpo – MDLs são limitados a poucos produtores. Também destacam que
na tentativa de fomentar projetos de menor volume de Redução Certificada de Emissões -
RCE, foi aprovada na Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima -
CQNUMC, uma modalidade específica para projetos de pequena escala, com menores custos
de certificação e transação e assim, incentivar pequenos proprietários através de arranjos
associativistas na região.
22
4.4 Métodos de avaliação de investimentos
Qualquer análise de viabilidade econômica de um projeto deve levar
em consideração questões básicas, porém fundamentais, que norteiam a decisão de investir ou
não em uma atividade.
A representação do fluxo de caixa de um projeto consiste em uma
escala temporal onde são marcados os períodos de tempo e na qual são representadas as
entradas e saídas de caixa. Considera-se como fluxo diferencial líquido a diferença entre as
entradas e saídas de caixa. A unidade de tempo – mês, semestre ou ano, deve coincidir com o
período de capitalização dos juros considerados (CASAROTTO FILHO E KOPITTKE, 2007).
Para Gonçalves (2004) o método tradicional de avaliação de um
projeto de investimento é baseado no fluxo de caixa descontado (FCD). Para isto desconta-se
o fluxo de caixa obtido ao longo do tempo a uma Taxa Mínima de Atratividade (TMA). A
seguir são detalhados os métodos matemáticos que fundamentam este princípio.
4.4.1 Valor presente líquido (VPL)
Conforme Nogueira (2001) o Valor Presente Líquido (VPL) é um
indicador que permite avaliar a viabilidade econômica do projeto durante seu período de vida
útil. O VPL é definido pelo valor atual dos benefícios menos o valor atual dos custos ou
desembolsos (Equação 1).
∑= +
−=
n
ttr
CtBtVPL
0 )1( (1)
onde:
Bt - benefício do projeto, em unidades monetárias, no ano t;
Ct - custo do projeto, em unidades monetárias, no ano t;
r - taxa de desconto;
t - contador de tempo.
n - período de vida útil do investimento, em anos.
23
O VPL representa, em valores monetários presentes, a diferença entre
os recebimentos e os pagamentos de todo o projeto. Se o VPL for positivo, significa que foi
recuperado o investimento inicial aplicado à Taxa Mínima de Atratividade (TMA).
4.4.2 Taxa Interna de Retorno (TIR)
O método da Taxa Interna de Retorno (TIR) requer o cálculo da taxa
que zera o valor presente líquido do fluxo de caixa das alternativas de investimento (Equação
2).
0)1(0
=+
−∑
=
n
tt
tt
r
CB (2)
Onde:
Bt - benefício do projeto, em unidades monetárias, no ano t;
Ct - custo do projeto, em unidades monetárias, no ano t;
r - taxa interna de retorno (TIR);
t - contador de tempo;
n - período de vida útil do investimento, em anos.
Esta taxa deve ser comparada com a taxa mínima de atratividade, a ser
definida pelo empresário. Os investimentos com TIR maior que a taxa de atratividade são
considerados rentáveis e passíveis de análise (CASAROTTO FILHO E KOPITTKE, 2007).
4.4.3 Relação Benefício-Custo (RBC)
Para Nogueira (2001) esse indicador representa a relação entre o valor
atual do retorno esperado e o valor dos custos esperados (Equação 3).
( )
( )∑
=−
−
+
+=
n
tt
t
t
t
rC
rBRBC
0 1
1 (3)
Onde:
24
Bt - benefício do projeto, em unidades monetárias, no ano t;
Ct - custo do projeto em unidades monetárias, no ano t;
r - taxa de desconto;
t - contador de tempo;
n - período de vida útil do investimento, em anos.
Este indicador de ganho apresenta o retorno por unidade de capital ao
longo do período do projeto. Assim, o mesmo é obtido como sendo a razão entre o fluxo de
benefícios e custos descontados. Portanto, para que um projeto continue sendo analisado, esta
relação, em princípio, deverá ser maior que 1, ou seja, RBC > 1.
4.4.4 Período de recuperação do investimento (Payback)
O período de recuperação do capital, também conhecido como
Payback Time, consiste essencialmente em determinar o tempo necessário para que o fluxo de
caixa seja igual ao investimento inicial. Já o payback descontado ou payback econômico,
considera que o somatório do fluxo de caixa descontado a uma taxa mínima de atratividade
(TMA) seja, no mínimo, igual ao investimento inicial (CASAROTTO FILHO E KOPITTKE,
2007).
O prazo de retorno de um projeto é a extensão de tempo necessária
para que seu fluxo de caixa se iguale ao investimento inicial. No entanto, apresenta algumas
desvantagens: por não considerar o valor do dinheiro no tempo, não considerar todos os
capitais do fluxo de caixa, não ser uma medida de rentabilidade do investimento e, exigir um
limite arbitrário de tempo para a tomada de decisão. É possível incluir o custo de oportunidade
no cálculo do payback, resultando no que se convenciona chamar de payback descontado
(LAPPONI, 2000).
Dadas suas limitações e não obstante a sua simplicidade é muito
provável que as empresas e investidores empreguem o período de payback de um investimento
como uma forma auxiliar na tomada de decisões sobre investimentos utilizando-o como um
parâmetro limitador, ou seja, prazo máximo de retorno na tomada de decisão.
25
4.4.5 Análise de sensibilidade
Na análise de sensibilidade é estudado o efeito que a variação de um
dado de entrada pode ocasionar nos resultados. Quando uma pequena variação num parâmetro
como custos fixos ou variáveis, por exemplo, alteram drasticamente a rentabilidade de um
projeto, como o cálculo da Taxa interna de Retorno (TIR), diz-se que o projeto é muito
sensível a custos, assim, é necessário concentrar esforços para obter dados menos incertos. As
planilhas eletrônicas são um dos melhores instrumentos para elaborar um estudo com análise
de sensibilidade. Através de um gerador de números aleatórios é possível elaborar n
experimentos para se obter a distribuição da TIR (Figura 2).
Figura 2. Exemplo de simulação na análise de sensibilidade. Fonte: Adaptado de Casarotto Filho e Kopittke (2007).
Resolução determinística
Estimar distribuição mais adequada a cada variável
Seleção de Custos fixos
Seleção de custos variáveis
Cálculo TIR
Repete n
vezes
Gera distribuição da TIR
26
5 METODOLOGIA
5.1 Fonte de dados
Este estudo foi realizado na Agroindústria Pellicce e Francesco,
localizada no município de São Manuel, Estado de São Paulo, situada a uma latitude de 22°
43' 50" Sul e longitude de 48° 34' 14" Oeste. O clima da região é do tipo Cfa (Método de
Köeppen), clima temperado quente, mesotérmico, úmido, e com temperatura média anual de
21ºC (CUNHA E MARTINS, 2009).
A principal atividade da propriedade é a criação de galinhas
poedeiras. Além da granja de ovos, são realizadas diversas atividades agrícolas, tal como a
cafeicultura, suinocultura com 2.300 suínos em fase de crescimento e terminação, e também
criações de ovinos e bovinos, estas em menor escala.
A agroindústria foi uma das pioneiras com a instalação de um
biodigestor para o tratamento de dejetos de suínos no Estado de São Paulo (Figura 3). Antes
da construção do biodigestor, no ano de 2005, os dejetos da suinocultura eram tratados na
propriedade em um sistema de decantação.
27
Figura 3. Biodigestor modelo tubular.
O biodigestor analisado neste estudo é um modelo tubular contínuo,
com calha de água em alvenaria e com uma manta plástica como gasômetro. O biodigestor
possui o formato de tronco de pirâmide inferior (Figura 4).
Figura 4. Seção transversal do biodigestor.
Conforme os dados da Tabela 5, o biodigestor estudado apresenta um
volume útil de 496m³.
Tabela 5. Tronco de pirâmide inferior.
Dimensões do biodigestor
Altura (m) h/3
Largura Inferior (m)
Comprimento Inferior (m)
Largura Superior (m)
Comprimento Superior (m)
Área Inferior (m²)
Área Superior (m²)
Volume (m³)
Volume de escavação 2,8 0,9 7,0 22,0 10,0 25,0 154,0 258,0 571,0
Volume útil 2,5 0,8 7,0 22,0 10,0 25,0 154,0 246,0 496,0
2,5 m
7,0 m
10,0 m
28
5.1.1 Caracterização da atividade biointegrada
A propriedade recebe os leitões de uma unidade de produção de
leitões, localizada no município de Pratânia-SP, com 58 dias de vida e pesos que variam de 18
a 20kg. Estes ficam alojados durante 90 dias, em média, num sistema intensivo de crescimento
de terminação, onde posteriormente são enviados para o frigorífico com pesos entre 95 e 100
kg. (Figura 5). A edificação para a produção de suínos possui piso compacto com canais para
o manejo dos dejetos do lado externo. Os dejetos são raspados diariamente de dentro das baias
da edificação para os canais externos e a limpeza das baias com água é realizada três vezes por
semana onde é formada uma lâmina de água para auxiliar a limpeza.
Figura 5. Confinamento de suínos em fase de crescimento e terminação.
Os dejetos gerados pelos suínos são conduzidos em tubos de PVC
com diâmetro de 150 mm para uma caixa de homogeneização de fluxo do afluente, caixa de
entrada, e enviados diretamente para o biodigestor, com tempo de residência estimado em 35
dias (Figura 6).
Figura 6. Afluente da granja de suínos e biodigestor.
29
O efluente do biodigestor passa pela caixa de saída, considerada uma
caixa de manutenção, e é enviado para um reservatório onde o biofertilizante é bombeado,
com o uso de uma moto-bomba, para irrigação de pastagens (Figura 7).
Figura 7. Efluente do biodigestor, reservatório e moto-bomba.
O biogás, ao ser produzido, é utilizado diretamente pelo conjunto
motor-gerador que gera a energia elétrica utilizada no processo automatizado de seleção de
ovos (Figura 8).
Figura 8. Fluxograma do sistema biointegrado.
O gerador de eletricidade é trifásico, 220/380 VCA, 3.600 RPM, 60
Hz, com capacidade nominal de geração de 50kVA. Conforme a norma NBR 5410 da
Associação Brasileira de Normas Técnicas- ABNT (2004), para cálculos de geração de
energia elétrica em baixa tensão, considerando-se um fator de potência médio da carga de 0,8
Granja de 2.300 suínos Crescimento e terminação
Biofertilizante Reservatório
Biodigestor Modelo tubular
Moto-Bomba Fetirrigação de
pastagens.
Biogás Grupo gerador de energia elétrica
Transmissão Galpão de
seleção de ovos
Abrigo Grupo gerador
30
(COSØ) apresenta uma geração máxima de energia de 40kW. Também possui controle de
rotação eletrônico do tipo isócrono; com sensor eletromagnético, e proteção contra sub e sobre
velocidade.
O gerador foi acoplado a um motor de 2000 CC, de 4 cilindros,
adaptado para uso com biogás. O conjunto motor-gerador apresenta as seguintes dimensões:
altura 0,90m; largura 0,85m; comprimento 1,70m (Figura 9).
Figura 9. Grupo gerador a biogás (50 KVA). 5.2 Método
Para descrever a metodologia utilizada no trabalho, foi elaborado um
esquema gráfico dividido em etapas para facilitar o entendimento das fases envolvidas no
trabalho, que são:
1ª Etapa – Análise de benefícios: Determinação dos benefícios com a
geração de energia elétrica e com a produção de biofertilizante.
2ª Etapa – Análise de custos: Determinação do investimento inicial e
dos custos totais da planta.
3ª Etapa – Análise de viabilidade econômica: Estabelecido o
levantamento dos custos e dos benefícios do sistema foi realizada a análise de viabilidade
econômica através de indicadores econômicos.
O esquema gráfico contendo as três etapas citadas com maiores
detalhes apresenta-se na Figura 10.
31
Obtenção de dados: Processamentos dos dados: • Determinação dos benefícios
obtidos com a geração de energia elétrica.
• Determinação dos benefícios com a produção de biofertilizante.
1ª Etapa
Análise de benefícios
• Cálculo dos coeficientes técnicos referentes à produção de biogás e biofertilizante, consumo de biogás pelo grupo gerador e consumo de energia elétrica.
• Determinação do investimento inicial na aquisição de equipamentos, materiais e serviços.
• Determinação dos custos de operação e manutenção do sistema, custos de depreciação dos equipamentos e instalações e juros sobre o capital investido.
2ª Etapa
Análise de custos
• Tabelas contendo o investimento inicial necessário para a implantação das instalações, aquisição dos materiais e equipamentos.
• Tabelas contendo os custos anuais de depreciação, juros sobre o capital investido e manutenção do sistema.
• Estabelecido o levantamento dos custos e dos benefícios do sistema calculou-se o fluxo diferencial líquido e através de indicadores econômicos foi realizada a análise de viabilidade econômica.
• Foi estudado o efeito que a variação dos dados pode ocasionar nos resultados.
3ª Etapa
Análise Econômica
• Tabela contendo o resultado dos cálculos dos indicadores de viabilidade econômica.
• Tabela contendo a análise de sensibilidade que demonstra a variação dos parâmetros analisados.
Figura 10. Estrutura metodológica do trabalho.
5.2.1 1ª Etapa – Análise de benefícios
a) Produção de biogás
Santos (2000) aponta que cada suíno em fase de terminação produz
0,799 m³ diários de biogás. Assim, para 2.300 suínos em fase de terminação pode-se estimar a
produção diária de 1.837,7m³ de biogás. Com uma disponibilidade constante de dejetos, a
produção de biogás é diária e sofre interrupção apenas para a manutenção eventual. Para a
determinação da produção anual de biogás utilizou-se, de forma direta, a Equação 4:
PDBxTPAB = (4)
Onde:
32
PAB - Produção anual de biogás (m³.ano-1).
PDB - Produção diária de biogás (m³.dia-1).
T - Disponibilidade anual da planta (dias.ano-1).
b) Consumo de biogás pelo conjunto motor-gerador
O consumo específico de biogás pelo grupo gerador foi estimado em
22 m³.h-1. É uma relação, fornecida pelo fabricante do motor-gerador, entre o volume de
biogás consumido pelo grupo gerador e a energia elétrica gerada pelo mesmo. Dessa maneira a
estimativa do consumo anual de biogás utilizado pelo conjunto motor-gerador foi realizada
pela Equação 5:
CEBxTCAB = (5)
Onde:
CAB – Consumo anual de biogás (m³.ano-1)
CEB – Consumo específico de biogás pelo conjunto motor-gerador(m³.hora-1)
T - Disponibilidade anual da planta (horas.ano-1).
c) Geração de energia elétrica
Com a utilização do analisador de rede denominado Circuitor AR5-L®
(Figura 11) que é composto por um conjunto com cabos flexíveis de até 6.000 Ampéres, com
registros de intervalos de 10 minutos em cada medição, foram coletados os dados referentes
potência ativa (kW) produzida pelo grupo gerador de energia instalado. Os dados foram
monitorados entre o s dias 21 e 27 de Fevereiro de 2008.
Figura 11. Instalação do aparelho AR5-L®.
33
Os benefícios com a produção de energia elétrica gerada no conjunto
motor-gerador foram interpretados como a renda que se deixa de transferir para a
concessionária de energia elétrica. Assim, através de medições foram coletados os dados da
energia elétrica consumida pela agroindústria que fora disponibilizada pelo grupo gerador.
Dessa maneira, o benefício foi interpretado conforme o consumo de energia elétrica em função
da disponibilidade anual da planta e da tarifa de energia elétrica paga pelo proprietário, como
segue na Equação 6:
TEEPACxTBGEE )(= (6)
Onde:
BGEE – Benefício com a geração de energia elétrica (R$.ano-1).
PAC – Potência ativa consumida (kW).
T – Disponibilidade anual da planta (horas.ano-1).
TEE – Tarifa de energia elétrica (R$.kW.hora-1).
Os benefícios foram calculados por meio da tarifa de energia paga
pelo proprietário, que está classificado como consumidor do Grupo A, atendido em média
tensão (2,3 a 25kV), pertencente ao Subgrupo A4 e classificado com tarifa horo-sazonal verde.
Esta se caracteriza por ter uma demanda contratada pelo consumidor e pela aplicação de
tarifas diferenciadas em horários de ponta ou fora de ponta e, também, nos períodos seco ou
úmido do ano, para o consumo de energia (COMPANHIA PAULISTA DE FORÇA E LUZ,
2008).
d) Produção de biofertilizante
Conforme Oliveira (1993) para suínos em fase de terminação com
peso entre 25 e 100 kg são produzidos cerca de 7 L. dia-1 de dejetos líquidos, em média. Dessa
maneira, pode-se estimar que 2.300 suínos em terminação produzam aproximadamente 16,10
m³ de dejetos por dia. A produção anual de biofertilizante foi determinada pela Equação 7:
PDBxTPB = (7)
Onde:
34
PB – Produção de biofertilizante (m³.ano-1).
PDB – Produção diária de biofertilizante (m³.dia-1).
T – Disponibilidade anual da planta (dias.ano-1).
Os benefícios com a produção de biofertilizante foram computados de
acordo com a quantidade dos macronutrientes aplicados na pastagem em função dos preços
médios dos nutrientes praticados no mercado. A análise dos macronutrientes foi realizada
através da metodologia do Laboratório Nacional de Referência Vegetal – LANARV.
(LANARV, 1988). Para o cálculo do benefício anual com a produção de biofertilizante foi
adotada a Equação 8:
QNxPNMBPB = (8)
Onde:
BPB – Benefício com a produção de biofertilizante (R$.ano-1).
QN – Quantidade dos nutrientes presentes no biofertilizante aplicado em pastagem (kg.ano-1).
PNM – Preço dos nutrientes praticados no mercado (R$.kg-1).
5.2.2 2ª Etapa – Análise de custos
a) Investimento inicial
O investimento inicial foi classificado como o gasto necessário para a
implantação das instalações e aquisição dos materiais e equipamentos. Foram considerados os
investimentos iniciais do biodigestor, conjunto motor-gerador e abrigo, e da rede de
transmissão de energia elétrica. A moto-bomba não foi considerada como item de
investimento uma vez que esta foi adaptada pelo proprietário e não apresenta dados viáveis
para este estudo. Assim, para a determinação do investimento inicial foram considerados os
itens de investimento descritos na Equação 9.
35
MOCMII += (9)
Onde:
II - Investimento inicial (R$).
CM - Custos com materiais e equipamentos(R$).
MO – Custos com mão-de-obra (R$).
b) Custo anual do sistema
A implantação do sistema de biodigestão anaeróbia é um investimento
de longa duração onde o retorno sobre o capital investido ocorre somente a partir de um
determinado ponto da vida útil do empreendimento. Assim, para o cálculo dos custos anuais
do sistema foram considerados: custos depreciação, juros sobre o capital fixo e custos de
manutenção e operação.
b.1) Depreciação
O método de depreciação utilizado foi o da depreciação linear descrito
por Nogueira (2001) na Equação10:
Vu
CfCiD
−= (10)
Onde:
D – Depreciação anual (R$.ano-1).
Ci – Custos de materiais depreciáveis (R$).
Cf – Valor final do ativo (R$).
Vu – Vida útil (anos).
Para o cálculo da depreciação dos materiais de alvenaria usados na
construção do biodigestor foi considerado um período de 20 anos de vida útil, conforme
indicado por NOGUEIRA & ZÜRN (2005).
36
Para a determinação da depreciação da manta plástica do biodigestor e
do grupo gerador foi considerado um período de 10 anos de vida útil, segundo as informações
dos fabricantes.
Foi considerado um período de 10 anos de vida para as instalações
elétricas conforme a resolução normativa nº. 240, de 5 de dezembro de 2006 da ANNEL, que
estabelece as taxas anuais de depreciação para os ativos, no âmbito da distribuição e da
transmissão de energia elétrica (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2006).
b.2) Juros
O juro sobre o capital investido foi determinado em relação ao capital
médio durante a vida útil dos bens a uma taxa de juros anual de 5,64% ao ano2, conforme o
rendimento anual da caderneta de poupança. Segundo o método descrito por Nogueira (2001)
o custo de oportunidade do capital pode realizado conforme a Equação 11.
rVfVi
Vk2
+= (11)
Onde:
Vk – Custo de oportunidade do capital (R$.ano-1).
Vi – Valor total do investimento (R$).
Vf – Valor final do ativo (R$).
r – Taxa de juros anuais (%.ano-1).
b.3) Manutenção e operação
Os custos de manutenção foram computados como os gastos com a
manutenção do grupo gerador e os gastos referentes à mão-de-obra para operar o sistema.
Para estimar a manutenção do grupo gerador foi considerado o
intervalo de manutenção dos componentes como troca de óleo, lubrificação etc, conforme o
Manual do Equipamento fornecido pelo fabricante, em função do tempo de operação grupo
gerador. Os custos relacionados aos itens foram baseados nos valores cobrados pela
2 Valores remunerados a uma taxa de juros compostos de 0,5% ao mês, aplicada sobre os valores atualizados pela Taxa Referencial (TR).
37
assistência técnica desses serviços na região, onde estão considerados os materiais utilizados e
os impostos. Assim, o gasto anual com a manutenção do grupo gerador foi definido pela
Equação 12.
ATIM
TGMGG
= (12)
Onde:
GMGG – Gastos com a manutenção do grupo gerador (R$.ano-1).
T – Disponibilidade anual da planta (horas.ano-1).
IM – Intervalo de manutenção dos componentes (horas.unidade-1).
AT – Assistência técnica (R$.unidade-1).
A operação do grupo gerador é diária e exige a presença de uma
pessoa responsável pela ignição do motor, limpeza e zelo das instalações. O custo da mão-de-
obra para manter o biodigestor em operação é muito baixo devido à simplicidade do sistema.
Faz-se necessária apenas uma limpeza para a remoção do lodo precipitado no biodigestor e da
crosta que se forma na superfície. Assim, para o cálculo da mão-de-obra necessária para a
manutenção foi considerado o tempo de operação exigido em função do salário pago pela
agroindústria em estudo, conforme a Equação 13.
TOxGSGMO = (13)
Onde:
GMO – Gastos com mão-de-obra para operação do sistema (R$.ano-1).
TO – Tempo de operação exigido (horas.ano-1).
GS - Gastos com salário (R$.hora-1).
Os gastos totais por ano com manutenção e operação foram definidos
pela Equação 14:
GMOGMGGGTMO += (14)
Onde:
GTMO – Gastos totais com manutenção e operação (R$.ano-1).
GMGG – Gastos com a manutenção do grupo gerador (R$.ano-1).
GMO – Gastos com mão-de-obra para operação do sistema (R$.ano-1).
38
5.2.3 3ª Etapa – Análise econômica
Estabelecido o levantamento dos custos e dos benefícios do sistema
foi determinado o fluxo de caixa do projeto e, por meio dos indicadores: Valor Presente
Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Relação Benefício-Custo (RBC) e Período de
recuperação do capital, Payback Simples e Payback Econômico, foi realizada a análise de
viabilidade econômica. Também foi realizada a análise de sensibilidade do projeto com a
simulação da geração média de energia elétrica. Dessa maneira foi analisado o efeito da
variação de um dado de entrada, geração de energia elétrica, no resultado econômico.
39
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A tecnologia utilizada no processo de tratamento de efluentes líquidos
deve ser analisada sob os princípios de sustentabilidade social e ambiental e principalmente do
aspecto da viabilidade econômica. No Brasil, na maioria das vezes, os recursos financeiros
disponíveis são muito limitados. Dessa maneira, quanto mais baixo o custo, maior será a
oportunidade de implantação. Vale salientar que o custo varia em função da tecnologia
escolhida, da vazão tratada e da eficiência desejada para o tratamento do efluente. A
simplicidade operacional é essencial para a manutenção e controle, mas também depende da
tecnologia empregada no tratamento e dos equipamentos incorporados no sistema.
Na geração de energia elétrica a partir de biogás deve-se considerar
que é utilizado um gás combustível de baixo custo por ser resultante do processo de digestão
anaeróbia. O biogás normalmente é desprezado tanto na emissão direta para a atmosfera
quanto na combustão direta em queimadores, para minimizar os efeitos prejudiciais do metano
como gás de efeito estufa.
A produção de biogás depende diretamente das condições de
manutenção e operação do biodigestor e do resíduo. Conforme os dados obtidos, junto à
literatura, a produção diária de biogás foi de 1.837,7 m³. Dessa maneira, a produção de biogás
foi estimada em 670.760,5 m³.ano-1.
O biogás produzido foi utilizado diretamente no sistema de conversão
de energia elétrica, o qual opera durante 10,5 horas.dia-1, em média, com exceção de domingos
40
e feriados, pois não houve atividade na Agroindústria. Assim, foi estimado um período de 26
dias por mês e 312 dias de operação por ano, que resultou em 3.276 horas de operação por
ano.
O consumo específico de biogás pelo conjunto motor-gerador foi de
22 m³.hora-1. O consumo de biogás foi de 72.072 m³ ano-1. Este consumo representou
aproximadamente 10,74% do volume de biogás produzido pela planta. O biogás excedente foi
queimado.
6.1 Geração de energia elétrica
O benefício com a geração de energia elétrica foi estimado em função
da tarifa de energia elétrica paga pelo produtor. Nos períodos, seco (Maio a Novembro) e
úmido (Dezembro a Abril) do ano há uma diferenciação no preço das tarifas em função do
regime pluviométrico que as hidroelétricas consideram para a formação dos preços das tarifas
de energia elétrica.
Também há uma diferenciação nos preços da tarifa de energia elétrica
nos horários de ponta, das 18:00 as 21:00h, e fora de ponta, demais horas do dia,
respectivamente. O conjunto motor-gerador opera, em média, das 7:00 as 17:30h. Dessa
maneira foi considerada a tarifa cobrada no horário fora de ponta (Tabela 6).
Tabela 6. Preço do kWh cobrado pela concessionária de energia elétrica. Período Seco Período Úmido
R$.KW.hora -1 R$.KW.hora -1
Tarifa no horário de ponta
(das 18:00 as 21:00h) 0,694 0,671
Tarifa no horário fora de ponta (demais horas do dia)
0,165 0,151
Fonte: COMPANHIA PAULISTA DE FORÇA E LUZ (2008)
Portanto, o benefício com a geração de energia elétrica foi estimado
considerando o consumo médio de energia elétrica em função do número de horas de operação
do grupo gerador. Conforme os dados obtidos (Figura 12), o consumo médio diário foi de 17,1
41
kW.h
-1, durante 10,5 horas.dia-1, num
período de 26 dias.mês
-1, com um
total de 3.276
horas.ano-1.
0 5 10 15 20 25 30 35
09:11:1909:21:1909:31:1909:41:1909:51:1910:01:1910:11:1910:21:1910:31:1910:41:1910:51:1911:01:1911:11:1911:21:1911:31:1911:41:1911:51:1912:01:1912:11:1912:21:1912:31:1912:41:1912:51:1913:01:1913:11:1913:21:1913:31:1913:41:1913:51:1914:01:1914:11:1914:21:1914:31:1914:41:1914:51:1915:01:1915:11:1915:21:1915:31:1915:41:1915:51:1916:01:1916:11:1916:21:1916:31:1916:41:1916:51:1917:01:1917:11:1917:21:1917:31:1917:41:1917:51:1918:01:1918:11:1918:21:1907:04:4707:14:4707:24:4707:34:4707:44:4707:54:4708:04:4708:14:4708:24:4708:34:4708:44:4708:54:4709:04:4709:14:4709:24:4709:34:4709:44:4709:54:4710:04:4710:14:4710:24:4710:34:4710:44:4710:54:4711:04:4711:14:4711:24:4711:34:4711:44:4711:54:4712:04:4712:14:4712:24:4712:34:4712:44:4712:54:4713:04:4713:14:4713:24:4713:34:4713:44:4713:54:4714:04:4714:14:4714:24:4714:34:4714:44:4714:54:4715:04:4715:14:4715:24:4715:34:4715:44:4715:54:4716:04:4716:14:4716:24:4716:34:4716:44:4716:54:4717:04:4717:14:4717:24:4717:34:4706:55:3107:05:3107:15:3107:25:3107:35:3107:45:3107:55:3108:05:3108:15:3108:25:3108:35:3108:45:3108:55:3109:05:3109:15:3109:25:3109:35:3109:45:3109:55:3110:05:3110:15:3110:25:3110:35:3110:45:3110:55:3111:05:3111:15:3111:25:3111:35:3111:45:3111:55:3112:05:3112:15:3112:25:3112:35:3112:45:3112:55:3113:05:3113:15:3113:25:3113:35:3113:45:3113:55:3114:05:3114:15:3114:25:3114:35:3114:45:3114:55:3115:05:3115:15:3115:25:3115:35:3115:45:3115:55:3116:05:3116:15:3116:25:3116:35:3116:45:3116:55:3117:05:3117:15:3107:03:0907:13:0907:23:0907:33:0907:43:0907:53:0908:03:0908:13:0908:23:0908:33:0908:43:0908:53:0909:03:0909:13:0909:23:0909:33:0909:43:0909:53:0910:03:0910:13:0910:23:0910:33:0910:43:0910:53:0911:03:0911:13:0911:23:0911:33:0911:43:0911:53:0912:03:0912:13:0912:23:0912:33:0912:43:0912:53:0913:03:0913:13:0913:23:0913:33:0913:43:0913:53:0914:03:0914:13:0914:23:0914:33:0914:43:0914:53:0915:03:0915:13:0915:23:0915:33:0915:43:0915:53:0916:03:0916:13:0916:23:0916:33:0916:43:0916:53:0917:03:0917:13:0917:23:0917:33:0906:58:3407:08:3407:18:3407:28:3407:38:3407:48:3407:58:3408:08:3408:18:3408:28:3408:38:3408:48:3408:58:3409:08:3409:18:3409:28:3409:38:3409:48:3409:58:3410:08:3410:18:3410:28:3410:38:3410:48:3410:58:3411:08:3411:18:3411:28:3411:38:3411:48:3411:58:3412:08:3412:18:3412:28:3412:38:3412:48:3412:58:3413:08:3413:18:3413:28:3413:38:3413:48:3413:58:3414:08:3414:18:3414:28:3414:38:3414:48:3414:58:3415:08:3415:18:3415:28:3415:38:3415:48:3415:58:3416:08:3416:18:3416:28:3416:38:3416:48:3416:58:3417:08:3417:18:3417:28:3417:38:3406:51:4907:01:4907:11:4907:21:4907:31:4907:41:4907:51:4908:01:4908:11:4908:21:4908:31:4908:41:4908:51:4909:01:4909:11:4909:21:4909:31:4909:41:4909:51:4910:01:4910:11:4910:21:4910:31:4910:41:4910:51:4911:01:4911:11:4911:21:4911:31:4911:41:4911:51:4912:01:4912:11:4912:21:4912:31:4912:41:4912:51:4913:01:4913:11:4913:21:4913:31:4913:41:4913:51:4914:01:4914:11:4914:21:4914:31:4914:41:4914:51:4915:01:4915:11:4915:21:4915:31:4915:41:4915:51:4916:01:4916:11:4916:21:4916:31:4916:41:4916:51:4917:01:4917:11:4907:06:2107:16:2107:26:2107:36:2107:46:2107:56:2108:06:2108:16:2108:26:2108:36:2108:46:2108:56:2109:06:2109:16:2109:26:2109:36:2109:46:2109:56:2110:06:2110:16:2110:26:2110:36:2110:46:2110:56:2111:06:2111:16:2111:26:2111:36:2111:46:2111:56:2112:06:2112:16:2112:26:2112:36:2112:46:2112:56:2113:06:2113:16:2113:26:2113:36:2113:46:2113:56:2114:06:2114:16:2114:26:2114:36:2114:46:2114:56:2115:06:2115:16:2115:26:2115:36:2115:46:2115:56:2116:06:2116:16:2116:26:2116:36:2116:46:2116:56:2117:06:2117:16:2117:26:2117:36:2117:46:21
21/2/200822/2/2008
23/2/200824/2/2008
25/2/200826/02//2008
27/2/2008
kW
Dia
22/02/0823/02/08
24/02/0825/02/08
26/02/0827/02/08
21/02/08
Figura 12. M
edições do consumo de energia elétrica.
Foram consideradas as tarifas de energia tanto no período “seco”
quanto no período “úmido” do ano no horário fora de ponta. A
ssim, o benefício com
a geração
de energia elétrica foi ponderado considerando a tarifa de R$ 0,165.kW
h-1, por um
período de
7 meses, e R
$ 0,151.kWh
-1, por um período de 5 m
eses que resultou num benefício de R
$
8.916,45.ano-1.
O gerador apresentou o parâm
etro de tensão trifásica de 220V. A
corrente máxim
a a ser solicitada pela carga instalada pode ser de 131,82 A. N
o entanto, apesar
do grupo gerador disponibilizar 40 kW de consum
o máxim
o, as medições indicam
que o
consumo m
édio está em 17,1 K
W, ou seja, 56,35A
. Portanto, utiliza apenas 43%
da energia
gerada disponível pelo gerador.
6.2
Produção de biofertilizante
C
onsiderando que são produzidos 16,10 m³ de biofertilizante por dia.
A geração anual foi de 5.876,50 m
³. Conform
e os dados obtidos, a moto-bom
ba opera durante
42
3 dias por semana, num período médio de 8 horas por dia. Também apresentou uma vazão de
2.250 L.hora-1. Assim, verificou-se um volume de 18m³ por aplicação diária, que resultou num
volume de 2.808m³.ano-1. Isso indicou que se utiliza apenas 47,78% do total de biofertilizante
produzido anualmente para irrigação de pastagens.
Foram analisadas amostras do biofertilizante no Laboratório de
Fertilizantes e Corretivos da Faculdade de Ciência Agronômicas – Unesp, Campus de
Botucatu-SP, as quais apresentaram as seguintes concentrações de macronutrientes:
Nitrogênio (0,91 g.L), Fósforo (0,33 g.L-1) e Potássio (0,30 g.L-1). Assim, o benefício com a
produção de biofertilizante foi estimado de acordo com a quantidade de macronutrientes
presentes no efluente do biodigestor em função dos preços médios dos nutrientes praticados no
Estado de São Paulo no triênio 2006-2008 (Tabela 7). Os preços dos macronutrientes foram
deflacionados pelo IGP-M.
Tabela 7.Benefício gerado com a aplicação de biofertilizante.
Aplicação de fertilizante (kg.ano-1)
Aplicação de nutriente (kg.ano-1)
Preço do fertilizante (R$.kg-1)*
Total (R$.ano-1)
Uréia (45% N) 5.678,4 2.555,28 1,55 8.801,52 Superfosfato Simpes (20% P2O5)
4.633,2 926,64 0,87 4.030,88
Cloreto de Potássio (60% K2O)
1.404 842,40 1,46 2.049,84
Total 14.882,24 * Fonte: INSTITUTO DE ECONOMIA AGRÍCOLA, 2009.
O somatório de benefício do sistema foi de R$ 23.798,69.ano-1, onde
foi estimada uma receita de R$ 8.916,45.ano-1 com a geração de energia elétrica e R$
14.882,24 ano-1 com a produção de biofertilizante.
6.3 Investimento inicial
O investimento inicial foi determinado através de um levantamento de
custos. Foram considerados: os custos com a construção do biodigestor e abrigo do grupo
gerador, os custos com a aquisição dos equipamentos e o valor pago pela mão-de-obra de
43
instalação. Os valores relativos à mão-de-obra foram calculados com base nos valores pagos
em função das horas de trabalho dos empregados. Os custos unitários foram determinados
através de cotações realizadas em Fevereiro de 2008, na região de Botucatu-SP, e de
comprovantes de pagamento fornecidos pela agroindústria em estudo. O investimento inicial
foi estimado em R$ 51.537,17 (Tabelas 8 a 12).
Tabela 8. Custos com a construção do biodigestor.
Caixa de entrada (3x4x1,2) 14,4 m³ Unidade Quantidade Custo unitário(R$) Sub-Total Concreto (Traço 1:2:3) - - - - Cimento sacos 30 22,00 660,00 Areia grossa m³ 2 29,00 58,00 Brita 2 m³ 3 54,00 162,00 Argamassa assentamento/revestimento (Traço 1:4) - - - - Cimento sacos 10 22,00 220,00 Areia média m³ 2 30,00 60,00 Parede de 1 tijolo (19,2m² ) Milheiro 3 175,00 525,00 Ferragem Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Malha (10x10 cm) ferro 1/4" m² 16 30,00 480,00 Barras de ferro 3/8" unidades 8 22,50 180,00 Estribos de 1,4mx1/4" unidades 18 9,70 174,60 Barras de ferro 1/4" unidades 17 9,70 164,90 Arame recozido para fixação dos estribos Kg 2 6,00 12,00 Tubulação Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Canos de 200 mm unidades 24 28,00 672,00 Curva de PVC de 200 mm unidades 3 32,00 96,00 T de 200 mm unidades 2 24,00 48,00 Flange (saída para 2 polegadas) unidades 3 15,00 45,00 Caixa de saída (1,2x1,2x1,0) 1,44 m³ Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Concreto (Traço 1:2:3) - - - - Cimento saco 1 22,00 22,00 Areia grossa m³ 1 29,00 29,00 Brita 2 m³ 1 54,00 54,00 Argamassa assentamento/revestimento (Traço 1:4) - - - - Cimento sacos 1,5 22,00 33,00 Areia média m³ 2 30,00 60,00 Parede de 1/2 tijolo (1,44m²) Milheiro 0,10 175,00 17,50 Canaletas para a fixação das mantas plásticas Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Concreto (Traço 1:2:3) - - - - Cimento sacos 70 22,00 1.540,00 Areia grossa m³ 5 29,00 145,00 Brita 2 m³ 8 54,00 432,00 Concreto para 35 brocas (Traço 1:2:3) - - - - Cimento sacos 25 22,00 550,00 Areia grossa m³ 2 29,00 58,00 Brita 2 m³ 2 54,00 108,00
44
Parabolt aço galvanizado unidades 231 3,00 693,00 Porcas unidades 231 0,25 57,75 Arruelas unidades 231 0,10 23,10 Chapas de ferro de 1" por 1/8 unidades 231 0,50 115,50 Manta plástica de PVC 1 mm de espessura Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Manta plástica inferior área(m²) m² 289,8 10,20 2.955,96 Manta plástica superior área(m²) m² 289,8 12,70 3.680,46 Outros materiais Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Tábua de Itaúba de 2 cm m² 9 25,00 225,00 Mangueira para biogás 2 polegadas metros 400 1,50 600,00 Cola para cano PVC unidade 2 10,00 20,00 Total material 14.976,77 Escavação Unidade Quantidade Custo unitário(R$)* Sub-Total Máquina Hora/máquina 5 60,00 300,00 Total 15.276,77 Tabela 9. Custos com a construção do abrigo do grupo gerador. Abrigo do grupo gerador Unidade Quantidade Custo unitário(R$) Sub-Total Concreto traço (1:2:3) - - - - Cimento sacos 2 22,00 44,00 Areia grossa m³ 1 29,00 29,00 Brita 2 m³ 1 54,00 54,00 Argamassa assentamento/revestimento (Traço 1:4)
- - - -
Cimento sacos 1 22,00 22,00 Areia média m³ 1 30,00 30,00 Tijolos de 8 furos Milheiro 0,350 377,00 131,95 Telha ondulada (1,83 m x 1,1 m)
unidades 10 22,50 225,00
Madeira m 25 10,00 250,00 Total 785,95 Tabela 10. Custos com as instalações elétricas. Instalações elétricas Unidade Quantidade Custo unitário(R$) Sub-Total Quadro de comando de (600x500x200)mm unidades 1 218,00 218,00 Chave sec. NH00 de 160A unidades 1 138,00 138,00 Fusíveis NH00 de 100 A unidades 3 17,15 51,45 Duto corrugado de 50mm metros 100 2,33 233,00 Cabo # 25mm² 0,6/1kv cor preto metros 300 9,80 2.940,00 Cabo # 16mm² 0,75kv- cor verde (terra) metros 100 5,30 530,00 Total 4.110,45
45
Tabela 11. Custos com a aquisição do conjunto motor-gerador. Conjunto Motor-gerador Unidade Quantidade Custo unitário(R$) Sub-Total Grupo motor/gerador de energia 50 KVA unidade 1 26.000,00 26.000,00 Compressor Radial 1 CV unidade 1 2.594,00 2.594,00 Total 28.594,00
Tabela 12. Custos com mão-de-obra para a implantação. Mão-de-obra Unidade Quantidade Custo unitário(R$) Sub-Total Mão-de-obra eletricista diárias 10 90,00 900,00 Mão-de-obra pedreiro diárias 25 45,00 1.245,00 Mão-de-obra assistente diárias 25 25,00 625,00 Total 2.770,00
6.4 Custo anual do sistema
Os custos anuais do sistema foram considerados como: custos de
depreciação, juros sobre o capital investido e custos de manutenção e operação (Tabelas 13 a
15).
Tabela 13. Custos de depreciação dos bens depreciáveis.
Custos de depreciação Valor inicial Valor final* Vida útil Depreciação
(R$) (R$) (anos) (R$.ano-1) Biodigestor Alvenaria e outros materiais
8.340,35 - 20 417,02
Abrigo do conjunto motor-gerador
785,95 - 20 39,30
Manta plástica do biodigestor 6.636,42 - 10 663,64 Instalações elétricas 4.110,45 - 10 411,05 Conjunto motor-gerador 28.594,00 - 10 2.859,40 Total 4.390,40 *Não foi considerado o valor final dos materiais e equipamentos depreciáveis. Tabela 14. Juros sobre o capital investido (r = 5,64%a.a.).
Capital investido r=5,64%a.a.
Valor inicial Valor final* Juros (R$) (R$) (R$.ano-1)
Biodigestor Alvenaria e outros materiais
8.340,35 - 235,20
Abrigo do conjunto motor-gerador 785,95 - 22,16 Manta plástica do biodigestor 6.636,42 - 187,15
46
Instalações elétricas 4.110,45 - 115,91 Conjunto motor-gerador 28.594,00 - 806,35 Total 1.366,77 *Não foi considerado o valor final dos materiais e equipamentos.
O custo anual de manutenção do grupo gerador foi calculado
considerando os intervalos de manutenção de cada componente. Foi estimado em 3.276 horas
anuais o período de utilização do grupo gerador (10,5 horas.dia-1 x 312 dias.ano-1). O gasto
anual com a manutenção do grupo gerador foi definido pela Equação 12.
Tabela 15. Manutenção preventiva do grupo gerador.
Componente Intervalo (horas) Custo de operação e
manutenção (R$) Custo anual de operação e
manutenção (R$)
Óleo lubrificante Troca de óleo a cada 100 horas
80,00 2.620,80
Filtro de óleo Troca de filtro de óleo a cada 400 horas
52,00 425,88
Sistema de combustível
Limpeza dos filtros a cada 200 horas
15,00 245,70
Limpeza da válvula de gás a cada 2.000 horas
15,00 24,57
Filtro de ar
Limpeza a cada 1.000 horas
15,00 49,14
Troca do filtro de ar a cada 2.000 horas
86,00 140,87
Sistema de refrigeração
Troca do líquido refrigerante, da correia dentada e do esticador da correia a cada 1.000 horas.
220,00 720,72
Alternador
Troca da correia e do jogo de velas a cada 1.000 horas
200,00 655,20
Troca dos rolamentos a cada 2.000 horas
100,00 163,80
Rolamento do gerador
Lubrificar a cada 1.000 horas
20,00 65,52
Total 5.112,20
A operação do grupo gerador é diária e exige a presença de um
funcionário que é responsável pela ignição e desligamento do motor, limpeza e zelo das
instalações. Esta operação tem uma duração aproximada de 40 minutos.
O custo da mão-de-obra para manter o biodigestor em operação é
muito baixo, uma vez que a tecnologia permite uma maior autonomia do sistema. Faz-se
necessária apenas uma limpeza anual para a remoção do lodo precipitado no biodigestor e da
47
crosta que se forma na superfície. Por ser uma operação extraordinária a qual é realizada com
a mobilização de outros funcionários da agroindústria em estudo, não foi considerada como
um item de custo. O salário mínimo rural médio do funcionário mensalista foi de R$ 525,68,
conforme o Escritório de Desenvolvimento Rural de Botucatu-SP, (INSTITUTO DE
ECONOMIA AGRÍCOLA, 2009).
Assim, para o cálculo da mão-de-obra necessária para a manutenção
foi considerado o tempo de operação exigido, estimado em 200 horas.ano-1, em função do
gasto com salário por hora pago pela agroindústria em estudo, estimado em R$ 2,98.hora-1,
que resultou num total de R$ 596,00.ano-1.
Os gastos totais com manutenção e operação do biodigestor e grupo
gerador foram de R$ 5.708,20.ano-1. Esse custo representou aproximadamente 11,08% do
investimento inicial para a implantação do sistema.
Os custos anuais de depreciação, juros sobre o capital investido e
manutenção e operação do sistema foram estimados em R$11.465,37.
6.5 Análise econômica
O fluxo de caixa do projeto foi estimado considerando-se um período
de 10 anos de vida útil porque corresponde com a vida útil do grupo gerador de energia
elétrica, bem de maior valor econômico, e descontado a uma taxa de desconto de 6% ao ano.
Assim, o projeto foi analisado segundo os indicadores: Valor Presente Líquido (VPL), Taxa
Interna de Retorno (TIR), Relação Benefício-Custo (RBC) e Período de recuperação do
capital( Payback ).Os benefícios totais foram estimados em R$ 23.798,69.ano-1 e os custos
totais foram de R$ 11.465,37.ano-1. Isso indica que os benefícios são maiores que os custos.
Todos os indicadores de viabilidade econômica apresentaram
resultados favoráveis, (Tabela 16), com um investimento inicial de R$ 51.537,17, ano “zero”,
interpretado como ano base, e fluxo de caixa de R$ 12.333,32 do 1º ao 10º ano, o VPL foi de
R$ 39.237,14, TIR: 20,10%, RBC: 1,76, Paypack de 4,18 anos e Payback econômico de 4,95
anos, considerando-se um horizonte de projeto de 10 anos. No entanto, são gerados excedentes
de energia elétrica e biofertilizante que não são aproveitados no sistema biointegrado, e nem
são vendidos. Isto demonstra que o investimento no sistema foi superdimensionado.
48
Tabela 16. Indicadores de viabilidade econômica. Indicador Unidade Consumo médio de energia elétrica (17,1 kW.hora-1)
VPL R$ 39.237,14 TIR % 20,10 RBC Índice 1,76 PBS Anos 4,18 PBE Anos 4,95
Para a análise de sensibilidade foram simulados cenários de consumo
de energia elétrica, média diária, de 20, 25, 30, 35 e 40 kW (Tabela 17). Os dados indicam que
quanto mais o consumo de energia elétrica se aproxima da capacidade máxima de geração de
energia do grupo gerador (40kW), menor será o tempo de retorno sobre o investimento
realizado e consequentemente maiores serão os benefícios financeiros.
Tabela 17. Simulação do consumo médio de energia elétrica. Indicador Unidade 20 kW.hora-1 25 kW.hora-1 30 kW.hora-1 35 kW.hora-1 40 kW.hora-1
VPL R$ 50.366,69 69.555,55 88.744,40 107.933,25 127.122,10 TIR % 23,65% 29,52% 35,17% 40,65% 46,03% RBC Índice 1,98 2,35 2,72 3,09 3,47 PBS Anos 3,72 3,13 2,70 2,38 2,12 PBE Anos 4,34 3,58 3,04 2,65 2,35
Souza et al (2004) em estudo numa propriedade rural típica contendo
aviário, pocilga, fábrica de ração e residência estimaram uma carga utilizada estimada em 39
kW. Dessa maneira, constataram que seriam necessárias 258 matrizes de suínos com
capacidade de gerar, cada uma, 0,775m³ de biogás por dia, para instalação de um grupo
gerador de energia de 40kW. Para a análise econômica consideraram uma taxa de desconto de
8% ao ano, e custos de operação manutenção de 4% do investimento inicial para a
implantação do sistema. Os autores concluíram que para uma tarifa de energia elétrica de
R$0,19.kWh-1 o tempo de recuperação do investimento é de 5,4 anos. Também apontaram que
o retorno do investimento depende da tarifa de energia paga pelo produtor e da
disponibilidade da planta.
Zago (2003) avaliou o potencial de produção de energia elétrica
através do biogás, na região do meio oeste catarinense, e constatou que para a criação de
suínos com uma produção média de 50 m³ de biogás.dia-1 tem a capacidade de gerar
aproximadamente 2.160 kWh.mês.-1 de energia elétrica. Também observou que com a
49
utilização de um sistema que seja capaz de gerar 25 KVA.h-1de potência elétrica, as
propriedades podem se tornar auto-suficientes em energia elétrica. O consumo de biogás
observado pelo autor varia entre 16 a 25 m³.hora-1 no grupo gerador estacionário para a
geração de energia elétrica e que isso depende da potência elétrica gerada. O estudo destacou
que o empreendimento passa ser viável economicamente quando a propriedade possui
capacidade de produção de 200 m³.dia-1 de biogás que pode gerar aproximadamente 300
kVAh.dia-1.
Coldebella (2006) contatou que são necessários R$ 120.000 para a
implantação de um biodigestor e grupo gerador de energia elétrica com capacidade de geração
de energia elétrica de 36 kWh numa propriedade com 1.000 porcas reprodutoras em criação de
leitões. Também relatou que são produzidos 933m³ de biogás diariamente. O autor destaca que
o custo de do m³ de biogás produzido na propriedade está diretamente relacionado com a
capacidade de produção de biogás em função do investimento necessário. Assim, para a
utilização do sistema durante 10 horas. dia-1 apresentou um custo de R$ 0,063.m-3 de biogás.
O estudo concluiu através de uma análise econômica que com uma tarifa de energia elétrica de
R$0,30.kWh-1 o retorno do investimento é de 2,7 anos quando há utilização simultânea do
motor-gerador de energia elétrica durante 10 horas.dia-1 e da moto-bomba durante 12
horas.dia-1 para aplicação do biofertilizante em pastagens. O autor também avaliou que com
uma produção de 85m³ de biofertilizante por dia há uma disponibilidade de 78 toneladas de
nitrogênio por ano que resulta numa economia de R$ 70.200,00.ano-1, se for considerado o
biofertilizante como fonte de nitrogênio.
50
7 CONCLUSÃO
O sistema biointegrado é uma boa alternativa para o tratamento dos
dejetos da suinocultura e apresenta resultados econômicos favoráveis quando são corretamente
dimensionados tecnicamente. Em conformidade com as informações apresentadas neste
trabalho e com os resultados obtidos, destacam-se as seguintes conclusões: são gerados
excedentes de energia elétrica, biofertilizante e biogás que não são aproveitados no sistema
biointegrado, e nem são vendidos; o sistema biointegrado foi superdimensionado em sua
estruturação de custos frente aos benefícios proporcionados; e a utilização do grupo gerador de
energia elétrica próxima da sua capacidade máxima traz maiores benefícios financeiros num
menor período de tempo.
51
8 REFERÊNCIAS
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